NO155396B - Innretning for fysikalsk-kjemisk rensing av flytende metaller og legeringer. - Google Patents

Abstract

Apparat. for aktiv filtrering og behandling av flytende metaller og legeringer.Apparatet innbefatter en utskiftbar patron (28) gom i minst én ende er lukket med en poros blokk basert på korn av frittet flussmiddel og fylt med korn av et flussmiddel som er fast ved temperaturen på det filtrerte metallet. Patronen kan videre innbefatte anordninger for injeksjon av en aktiv eller inert gass inn i kornene, og patronen kan være plassert i en oppvarmet og varmeiso-lert stSpeskje(25 ).Selve patronen kan brukes for rensing. av aluminium, magnesium eller legeringer basert på aluminium eller magnesium for disse metaller eller legeringer brukes til stbping.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en innretning for fysisk- kjemisk rensing~av et flytende metall eller en legering ved at dette føres gjennom en utskiftbar patron som er lukket i rrdnst §n ende ved hjelp av en porøs plate, fortrinnsvis basert på frittet flussmiddel, og .hvor.i det minste en del av patronen er fylt med korn av fast flussmiddel. Videre kan innretningen omfatte en anordning for injeksjon av gass eller damp. Mer spesielt angår oppfinnelsen smelting av flytende metaller og legeringer, da spesielt aluminium og magnesium samt deres legeringer, foruten andre metaller med lave smeltepunkter og som er forenelige med bruken av normale flussmidler basert på metall halogenider, f.eks. av bly, tinn eller sink.

Det er underforstått at ordet "rensing" innbefatter alle de typer operasjoner som man kan underkaste grovsmeltede flytende metaller eller legeringer før de brukes til smelting eller støping, og hvor man ønsker å eliminerer urenheter eller mer spseielt inneslutninger av-forskjellige typer, som ellers kunne skade eller påvirke de støpte produkters egenskaper. Nevnte operasjoner kan være rent fysiske såsom filtrering, eller kan være en blanding av fysiske og kjemiske behandling f.eks. ved at metallet føres i kontakt med forskjellige typer flussmiddel .

Ved støping av individuelle stykker såvel som halv-kontinuerlig støping av plater, barrer eller stykker og ved kontinuerlig støping, er det nødvendig å filtrere metallet hvis man skal kunne få fremstilt feilfrie støpestykker av høy kvalitet. I praksis har man vanligvis kombinert mekanisk filtrering med såkalt "vasking" med et flussmiddel, og sistnevnte har vanligvis bestått av ett eller flere smeltede alkalimetall-eller jordalkalimetallhalogenider, noe som letter "fuktingen"

av inneslutninger og bringer disse sammen i form av et slagg.

Inneslutninger som ikke fuktes av metallet, men fuktes av flussmidlet, vil, når de når en grenseflate mellom metallet og flytende flussmiddel, bli fanget opp og overført i det flytende flussmidlet. Inneslutninger fra det flytende metallet vil således kunne fjernes under denne "vaskingen".

For en gitt mengde flytende metall som skal behandles og en gitt mengde av flussmiddel, vil behandlingen være mer effektiv jo mer grenseflateareal man kan utvikle mellom metallet og flussmidlet (i form av en fin dispersjon eller emul-sjon) , og jo mer væsken røres, fordi man derved fornyer væskene i kontakt med grenseflaten.

Bruken av korn av fast flussmiddel for å rense aluminium og aluminiumsbaserte legeringer er allerede beskrevet i en artikkel av Spasski og Kliagina, Liteinoe Proizvostno nr.

4, 1959, side 30 - 32, og danner utgangsmpunkter for GB-PS 1.148.344 , JP-PS 49-27 921/74, DE-PS 1.941.270 og FR-søknad nr. 79 02143.

I disse publikasjoner er det beskrevet hvorledes aluminium kan renses ved å føre metallet gjennom et sjikt av korn oppnådd ved å smelte ett eller flere alkalimetall- eller jordalkalimetallhalogenider, fulgt av knusing av produktet.

Fremgangsmåten har imidlertid en rekke ulemper. Det oppstår vanskeligheter ved oppstartning, ved forandring av det metall eller den legering som skal renses, og ved kontinuerlig drift med store metallmengder hvis mengde kan variere fra flere tonn til flere titonn, og også der man ønsker en samtidig av-gassing av det metall som behandles. Videre gir fremgangsmåten ingen beskyttelse mot såkalt pyrohydrolyse hvor alkali-eller alkalijordmetallhalogenidene som kommer i kontakt med luft inneholdende varierende mengde fuktighet blir dekomponert til oksyklorider eller oksyder og avgir saltsyre ved høye temperaturer.

Bruken av porøse blokker basert på porøst keramisk materiale (FR-PS 2.375.328, 2.375.329 og 2.381.001) eller porøst silisiumkarbid(FR-PS 2.140.593), løser heller ikke fullstendig filtreringsproblemet, og i tillegg har man en viss risiko for at små keramikkpartikler kan brytes vekk fra filtreringsblokkene og føres sammen med metallet, samtidig som filtrene har relativt liten kapasitet for jevn tilførsel av smeltet metall for etter-følgende støping.

De krav som fra flyindustrien for tiden stilles til tynne metallplater for flyskrog samt til fin wire, gjør at pro-dusenter av halvfabrikata stadig må forbedre kvaliteten av lett-metaller og legeringsprodukter. Dette er særlig viktig fordi man nå ved hjelp av analytiske metoder har kunnet avsløre at mikro-skopiske inneslutninger som hittil har vært ansett å være helt ufarlige, i sterk grad kan påvirke visse mekaniske egenskaper og derved øke mengden av ikke godkjente støpeprodukter.

Foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å oppnå langt renere metall enn det som hittil har vært mulig ved hjelp av kjente fremgangsmåter.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse en innretning for fysisk- kjemisk rensing av en strøm av aluminium, magnesium, sink, bly, tinn eller legeringer på basis av et av disse metaller, med en utskiftbare patron med en oppstrøms anordnet åpning hvorigjennom metallet som skal renses trer inn, og en nedstrøms anordnet åpning hvorigjennom renset metall trer ut, idet patronen i det minste delvis er fylt med korn av et massivt flussmiddel hvis smeltepunkt ligger høyere enn temperaturen til strømmen av flytende metall, idet minst den ytre del av disse korn består av ett eller flere enkle eller komplekse fluorider av natrium, litium, kalium, kalsium, barium, magnesium, aluminium eller mangan, og oppfinnelsens innretning ka-rakteriseres ved at den nedstrøms anordnede åpning er lukket med en porøs plate som er fremstilt ved sintring av enkelte elementer, hvis smeltepunkt ligger høyere enn temperaturen til strømmen av flytende metall, hvorved minst den ytre del av disse elementer før sintring består av ett eller flere enkle eller komplekse fluorider av natrium, litium, kalium, kalsium, barium, magnesium, aluminium eller mangan.

De følgende definisjoner vil bli brukt i det etter-følgende: "metall som skal filtreres", dvs. metall eller legering som skal filtreres ved hjelp av innretninger ifølge foreliggende oppfinnelse,

"aktiv mineralforbindelse", dvs. et mineralsalt eller en blanding eller kombinasjon av mineralsalter som har en flussmiddelfunksjon idet det utøver en kjemisk og/eller fysisk/kjemisk virkning på inneslutningene og forskjellige urenheter s<p>m er tilstede i de metaller som skal behandles, og hvor denne virkningen har som resultat at man får eliminert inneslutningene og urenhetene fra det metall som behandles.

"behandling" av metall eller legering, dvs. selve den fysisk-kjemiske rensingen ifølge foreliggende oppfinnelse.

Ettersom innretningen ifølge oppfinnelsen omfatter en kombinasjon av porøse blokker basert på frittet flussmiddel og korn av fast flussmiddel i en utskiftbar patron, vil man i det etter-følgende beskrive de forskjellige komponenter.

Fig. 1-6 viser forskjellige modeller av innretninger med utskiftbare patroner, og hvor disse innbefatter minst én filtreringsblokk og korn av fast flussmiddel. Fig. 7, 8 og 9 viser tre filtreringsøser med en utskiftbar patron som en vesentlig komponent.

A - De porose blokkene

Den eller de porose blokker som i det minste lukker én ende av patronen kan være eu. passiv poros blokk, og dens prinsipielle hensikt vil i denne sammenheng være å

holde kornene av fast flussmiddel på plass inne i patronen, og derved hindre at eventuelle små partikler av fast flussmiddel som måtte brytes los av enkeltkornene blir fort med strommen av flytende metall. I dette tilfellet kan den porose blokken være av enhver kjent type med tilstrekkelig åpen porositet (ikke mindre enn 40%) slik at man gir en strbm av flytende metall gjennom blokken som er forenlig med de krav som stilles til den etterfølgende stopehastig-het, foruten at materialet må være resistent overfor det metall som behandles.

For dette formå kan man bruke grafitt, silisiumkarbid, porose keramiske stoffer eller endog sintrede metaller.

Man har imidlertid funnet, at behandlingen av det metall som skal filtreres kan gjores vesentlig mer effek-

tiv hvis de porose blokkene fremstilles ved å agglomerere eller fortrinnsvis sintre elementer av flussmiddel. Under beskrivelsen av de sintrede porøse blokkene bruker man følg-ende definisjoner:

"Agglomerering" innbefatter enhver fremgangsmåte

for dannelse av en porøs struktur fra elementer av aktive min-neralforbindelser og hvor nevnte struktur er mekanisk stabil ved den anvendte filtreringstemperaturen.

"Elementer" er elementer so tm er agglomerert slik at man danner filtreringsblokken uansett hvilken form denne måtte

ha, og disse elementer kan innbefatte korn av regelmessig geo-metrisk form, krystaller, korn med uregelmessig oppsprekking, korn av forlenget form og endog kantede korn, staver eller fibre med sirkulært tverrsnitt eller en annen type tverrsnitt.

Blokker av sintret flussmiddel fremstilt på ovennevnte måte beskrives i EP-A-0 014 165.

Hovedhensikten ved foreliggende oppfinnelse er at man i enkelt struktur oppnår den rent mekaniske filtrering hvorved man holder tilbake inneslutninger og andre fremmed-elementer som er større enn kanalene i filteret, foruten at man får en fysisk-kjemisk rensing ved hjelp av en aktiv mineralforbindelse som virker som et flussmiddel, idet inneslutningene kan fanges inn ved grenseflaten mellom flussmidlet og det flytende metallet. Man har funnet at denne effekten av en fysisk-kjemisk rensing ved hjelp av et flussmiddel under visse betingeler er like effektivt som et fast flussmiddel i kornform eller et flytende flussmiddel av den type som hittil har vært brukt. Nevnte betingelser er spesielt at man tilveiebringer et stort kontaktareal mellom kornene av fast flussmiddel og det flytende metall som skal behandles. Man har også funnet det mulig å agglomerere elementer av fast flussmiddel, f.eks. ved sintring, og derved danne porose masser hvor både form og dimensjon på kanaler og porer gjor at man får en mekanisk filtrering, da spesielt ved at man oppfanger inneslutninger, noe som skyldes den vridde formen på kanalene mellom elementene og fordi man får et stort kontaktareal med det flytende metallet. På denne måten får man utfort en fysisk-kjemisk rensing. De flussmidler som best egner seg for agglomerering og. som dessuten har smeltepunkter som ligger over temperaturen på de metaller og legeringer som skal renses, er i alt vesentlig enkle eller komplekse mineralfluorider, da spesielt alkalimetall- eller jordalkalimetallfluorider av magnesium, aluminum og mangan. Bruken av natriumsalter, skjbnt disse teoretisk er mulige, vil ofte være umulig i de tilfeller hvor man har aluminium og aluminiumsbaserte legeringer ettersom man lett vil kunne fore natrium inn i det metall som skal filtreres, og dette element er kjent for å ha en meget ugunstig effekt, da spesielt på såkalte hypersilisium-Al-Mg og -Al-Si-legeringer, selv i meget lave konsentrasjoner.

Av alle mulige kombinasjoner av ovennevnte fluorider skal spesielt nevnes de binære, ternære eller endog kvaternære kombinasjoner hvor smeltepunktet fortrinnsvis ligger over 800°C.

Det er i det etterfølgende gitt en del ikke-begrensende eksempler på sammensetninger som kan brukes. Alle prosentsatser er pr. vekt.

Ca<F>2 (45,0%) - MgF2 ( 55, 0%) - smeltepunkt 980°C A1F3 ( 8,590 - KF (91,5%) - smeltepunkt 820°C A1F3 (41,0%) - CaF2 (59,0%) - smeltepunkt 840°C BaF2 (85,0%) - MgF2 (15,0%) - smeltepunkt 1050°C CaF2 (49,0%) - MgF2 (49,0%) - smeltepunkt 950°C

LiF2 ( 2,0%)

Type og form av de elementer som danner filtreringsblokken kan også variere innenfor relativt vide grenser.

Elementene kan være homogene, dvs. at de er fremstilt av den aktive mineralforbindelse alene, eller de kan være heterogene, dvs. de kan være fremstilt av et inert substrat som er belagt med en aktiv mineralforbindelse, eller det kan være innsatt et porbst inert stykke som kan være impregnert med en aktiv mineralforbindelse. Selve filterblokken som en enhet kan bestå av elementer av samme type (homogene eller heterogene), eller kan bestå av flere elementer av forskjellige typer.

Nevnte inerte substrat kan være valgt blant mineralf orbindels er som ikke reagerer med det metall som behandles. Dette er spesielt tilfelle med elektrosmeltet aluminiumoksyd (korundum), elektrosmeltet aluminiumoksyd-zirkoniumoksydforbindelser (zirkonoksyd-korundum), samt forskjellige silisium-aluminium-keramiske produkter og med silisiumkarbid.

Karbonholdige stoffer såsom grafitt og visse typer koks kan også brukes. Videre kan man bruke andre forbindelser som nitrider eller oksynitrider av bor eller silisium, skjbnt deres hbye pris vanligvis gjbr dem uinteressante.

Form og stbrrelse på elementene er også en viktig faktor. Formen på elementene bestemmer den aktive overflaten på filterblokken og formen på kanalene. Dette areal som er på et minimum med runde korn, bkes ved å bruke rbrformede eller kantede korn eller korn som er oppnådd ved å knuse kuler eller andre enkle geometriske former. Hvis man bruker elementer i form av staver eller forlengede fibre hvor forholdet mellom lenqde oq midlere tverrsnitt varierer fra 5 - 200, så får man filterblokker med en filtaktig struktur. Disse er meget effektive på grunn av at de har stort aktivt overflateareal, og fordi kanalene får en spesielt vridd form og fordi blokkene får hoy grad av porbsitet fordi fibrene er sterkt sammenfiltret.

Porbse elementer med heterogen struktur kan f.eks. på kjent måte fremstilles ved å agglomerere en stabil forbindelse, f.eks. aluminiumoksyd, med en forbindelse som kan sublimeres eller dekomponeres i varm tilstand og som blir fjernet ved en varm agglomerering eller fritting, hvorved man får en impregnering med den smeltede aktive mineralforbindelsen.

Porose elementer med homogen struktur kan på lignende måte fremstilles ved å blande den aktive mineralforbindelsen med et stoff som kan fjernes i varm tilstand ved at det blir flyktig eller ved en pyrolyse under agglomer-eringen.

Stbrrelsen på elementene og fordelingen av korn-stbrreisene er en av de faktorer som bestemmer porbsiteten og permeabiliteten for filtrene, og i praksis vil dette være ekvivalent med filtreringskapasitet pr. time.

En filtreringsblokk ifblge foreliggende oppfinnelse kan f.eks. være fremstilt av elementer med korn fra 4 - 8 mm og hvor blokken har en tykkelse på 40 mm. En slik blokk har en kapasitet for filtrering av flytende aluminium ved 750 C på ca. 12 kg pr. cm areal pr. time og med et trykkfall på fra 10 - 20 mm for den flytende aluminiumen. Porbsiteten på et slikt filter er ca. 40%.

Det er også mulig å bruke elementer med langt mindre dimensjoner, dvs. ned til en 10-20 ym, forutsatt at agglomereringsprosessen gir tilstrekkelig permeabilitet til at man får tilstrekkelig hby filtreringskapasitet i forhold til det som er bnsket.

Agglomerering av elementer i form av staver med diameter på 1 mm og en lengde på 15 mm resulterer i en filtaktig struktur som har en porbsitet på opptil 80 - 90% og en kapasitet for filtrering av flytende aluminium ved 750°C på ca. 25 kg pr. cm areal pr. time ved en tykkelse på 50 mm.

Ettersom filtreringsblokkene fremstilles ved å agglomerere elementer, kan de gis enhver form og dimensjon som er bnskelig ut fra de forskjellige formål for hvilke de skal brukes. Man kan fremstille blokker eller plater av enkle eller relativt komplekse qeometriske former,

som sylindre, ror, digler, dyser ets., som så kan plasser-es over eller i en stbpebse eller i selve innlbpet for stbpeformen. I sistnevnte tilfelle vil metallet få en siste behandling i det byeblikk det går inn i formen, dvs. på et sted hvor man i alt vesentlig har eliminert alle for-urensningsmuligheter, hvorved man sikrer at stbpingen er av en kvalitet som hittil ikke har vært mulig å oppnå.

Fremgangsmåten for fremstilling av filtreringsblokkene kan være sterkt varierende alt avhengig av type av komponentkorn.

I en fbrste utfbrelse kan den aktive mineralforbindelsen smeltes og stbpes til et tynt stykke som er et par millimeter tykt og deretter males eller knuses. Elementene kan så sorteres ved hjelp av sikting.

Elementene blir så plassert ± en form og oppvar_ met i en torr atmosfære til en temperatur som ligger noe under smeltetemperaturen for den aktive mineralforbindelsen slik at man frembringer en sintring. Fritting utfores uten trykk. Det er også mulig å utove moderate trykk under sintringen med en relativ reduksjon i temperatur og/eller varigheten av sintringen. Generelt vil agglomerering ved hjelp av fritting utfores i en torr atmosfære og man unngår kontakt med åpne flammer, og den skjer ved temperaturer fra 5 - 150°C under smeltepunktet for mineralforbindelsen og i tidsrom fra 5 minutter til 1 eller 2 timer.

Den porose struktur man oppnår på denne måten er mekanisk meget stabil og resistent.

I en annen utfdreise vil en blanding av mineral-forbindelser presses til tabletter eller pelletts, hvorved disse knuses for å oppnå elementene. Disse kan igjen sorteres ved sikting og agglomereres ved hjelp av sintring som beskrevet ovenfor.

Elementer i form av staver eller forlengede fibre kan fremstilles på forskjellig kjent måte. F.eks. kan den smeltede aktive metallforbindelsen formes ved hjelp av at den flyter gjennom en grafittskive som inneholder en rekke åpninger hvis diameter er avpasset den dimensjonen man onsker på fibrene. Etter grarittsKiven blir fibrene så raskt avkjolt. Alternativt kan man gjennom en slik skive presse en pasta som består av den aktive mineralforbindelsen i form av et pulver eller fin krystallinsk form samt et bindemiddel som kan elimineres i varm tilstand ved fordamp-ing eller ved hjelp av pyrolyse under agglomerering. I det sistnevnte tilfellet får man fremstilt fibre eller staver

med en poros struktur.

I de tilfeller hvor man bruker heterogene elementer kan man tenke seg andre fremstillingsmåter, avhengig av hvorvidt elementene er porose eller ikke. Rent generelt kan man belegge eller impregnere elementene med den aktive forbindelsen, f.eks. ved å presse elementene ned i et bad av den smeltede forbindelsen, hvoretter man etter avkjbling kan knuse elementet og sikte dette hvoretter det puttes i en form og sintres.

I de tilfeller hvor utgangsmaterialet er en aktiv mineralforbindelse i form av korn med meget små dimensjoner, " dvs. fra 10 ym eller lignende til 1 eller 2 mm, så kan man oppnå en struktur med tilstrekkelig porositet ved å fremstille en blanding på kjent måte ved hjelp av et bindemiddel som kan elimineres under agglomererir^gen, f.eks. en organisk forbindelse som kan sublimeres, slik som kamfer, naftalen eller heksakloretan, eller som kan pyro-liseres, slik som polyetylen eller polyuretan.

En annen utfbrelse medfører at man forst frem-stiller en struktur av et inert materiale som er porost eller svampaktig med åpne porer eller kanaler, dette kan skje ved hjelp av enhver kjent fremgangsmåte, hvoretter denne struktur impregneres med den aktive mineralforbindelsen. F.eks. kan korn av aluminiumoksyd agglomereres ved hjelp av sintring, hvorved man får en porb's struktur som så kan impregneres ved at elementet senkes ned i et bad av den smeltede aktive mineralforbindelsen, og hvor overskudd av mineralforbindelsen kan elimineres ved hjelp av vibrer-ing, utsugning, sentrifugering etc. Det er også mulig på kjent måte å starte med et svampaktig element fremstilt av en organisk forbindelse som kan elimineres eller ødeleg-ges ved oppvarming, f.eks. ekspandert polyuretanskum, hvoretter dette kan impregneres ved at det senkes ned i et bad <f>barbotine) sammensatt av den aktive mineralf orbindelsen og et opplbsningsmiddel eller et vandig eller ikke-vandig dis-pergeringsmiddel, hvoretter man brenner elementet. Dette resulterer både i en destruksjon av polyuretanskummet og en agglomerering av den aktive mineralforbindelsen. Sistnevnte fremgangsmåte, da spesielt anvendt på fremstilling av porose keramiske strukturer, er spesielt beskrevet i US-PS 3.090.094 og 3.097.930

B - Kornene av fast flussmiddel

Disse består av minst ett enkelt eller komplekst halogenid av et metall som hbrer til gruppen bestående av natrium, kalium, litium, kalsium, barium, magnesium, aluminium og mangan.

Kornene av fast flussmiddel som helt eller delvis brukes for fylling av patronen kan ha forskjellig form. F.eks. kan man fremstille kuler på vanlig kjent måte, f.eks.

med en diameter fra 2-15 mm, eller man kan granulere materialer med forskjellig form og dimensjoner ved hjelp av agglomerering.

Uregelmessige og kantede former på partiklene kan oppnås ved å knuse kuleformede korn. Disse kornene kan være faste eller porose. I sistnevnte tilfelle kan f.eks. et additiv tilsettes granulatene når disse fores inn i formen, hvoretter additivet kan elimineres ved fordampning eller selektiv opplbsning. Forskjellige former kan også oppnås ved pelletisering, utdrivning av en pasta eller sam-menpressing, f.eks. i en kulepresse. Det er også mulig at en del av det faste granulerte materialet kan bestå av et stoff som er inert overfor , det metall som behandles og bestanddelene i flussmidlet. F,eks. kan man bruke aluminiumoksyd, silisiumkarbid, silisiumoksynitrid, karbon og forskjellige aluminium- og silisiumholdige ildfaste materialer eller andre materialer som er stabile overfor det flytende metallet. Disse inerte granulerte materialene har som eneste funksjon å dispergere eller å spre det flytende metallet slik at man oker kontaktoverflaten mellom metallet og det faste flussmidlet.

Et fast korn vil generelt bestå av en inert indre kjerne belagt med aktivt fast flussmiddel. Formålet med alle de arrangementer som er beskrevet ovenfor er kun å til-veiebringe den storst mulige kontaktoverflate med det metall som skal behandles.

Som en oppsummering kan man si at det er mulig

å bruke fire typer av korn:

- aktive homogene korn alene,

- korn aktivert ved impregnering med et flussmiddel alene, - blandede korn, dvs. korn med en sammensetning som innbefatter aktive elementer og inerte elementer, - inerte korn som alltid brukes blandet med aktive korn.

De folgende sammensetninger er fullt ut tilfreds-stillende både med hensyn til aktivitet og varighet. Alle eksempler er ikke-begrensende og prosentsatser er pr. vekt.

C - Den utskiftbare patronen

Fig. 1 viser den enkleste utfbrelsen. Patronen 1 er lukket i bunnen 2 ved hjelp av en filterblokk 3 som er båret av kantene 4. Filterblokken er fremstilt ved å smelte en binær blanding bestående av 50 vekt-% MgF2 og 50 vekt-% CaFp ved ca. 1000°C. Væsken er så blitt stSpt i form av en 5 mm tykk plate. Platen ble etter avkjoling knust log de knuste kornene ble siktet til mellom 4 og 8 mm. 2 vekt-% LiF ble så tilsatt de siktede kornene og deretter blandet med disse ved hjelp av rbring. Blanding-en ble så plassert i en form som var en skive med en diameter på 200 mm og en tykkelse på 40 mm, den ble så vi-brert og så trykket sammen og så sintret ved 950°C i 20 minutter.

Etter avkjbling fikk man en skive med en porositet på ca. 40% og en filtreringskapasitet på 3,6 tonn pr. time flytende aluminium ved ca. 750°C med et trykkfall på ca. 15 mm med hensyn til det flytende aluminiumet. Etter at skiven var plassert, ble patronen fylt opp til tre fjerdedeler av sin hoyde eller dvs. 50 cm, med korn av flussmiddel 5. Disse korn hadde folgende sammensetning (vekt-%):

og var fremstilt ved å smelte komponentene, knuse den avkjolte blokken og så sikte kornene til mellom 2 og 8 mm.

Det flytende aluminiumet 6 ble tilfort på toppen og tatt ut i bunnen. Patronen var på forhånd oppvarmet slik at man unngikk en eventuel pyrohydrolyse.

Fig. 2 viser det samme arrangementet som på fig.

1 sammen med et ror 7 for injeksjon av gass inn i sjiktet av fast flussmiddel. Roret kan være fremstilt av et porost materiale, ved den delen 8 som er plassert nede i kornene, eller kan ha: perforeringer over hele eller en del av sin lengde.

Det er på denne måten mulig å injisere en inert-gass (argon), en aktiv gass (klor), eller blandinger av disse, i varierende mengdeforhold, eller damper av halogen-derivater såsom heksakloretan, ved hjelp av en strbm av en bæreqass slik som nitrogen. Denne behandlingen er spesielt godt egnet for kontinuerlig stoping ved lav eller middels hastighet.

På fig. 3 er sjiktet av korn bygget opp slik at kornstorrelsen gradvis oker mot toppen og slik at en eventuell blokkering av filtersjiktet vil skje over hele materialet og ikke bare i den ovre delen, noe som eventuelt kunne være tilfelle med det arrangement som er vist på

fig. 1.

Fig. 4 viser et noe mer komplekst arrangement, idet man har et forste lag av korn av fast flussmiddel 9 plassert mellom filterblokken 3 og en frittet filtrerings-skive 10 som har samme struktur som blokk 3, men som er tynnere, videre et nytt lag 11 av korn av fast flussmiddel plassert mellom filterveggen 10 og filterveggen 12 som er identisk med veggen 10. Et ror for injeksjon av gass 13

er plassert i det annet lag 11 av korn.

De to lagene 9 og 11 kan være identiske, skjbnt de fortrinnsvis er forskjellige med hensyn til minst én fysisk eller kjemisk egenskap, f.eks. kornstorrelse, kjemisk sammensetning, smeltepunkt, evne til å absorbere en spe-siell urenhet, etc.

Fig. 5 viser et annet arrangement hvor sjiktet

14 er ubevegelig ved at det er plassert mellom en nedre filtreringsblokk 3 og en ovre filtreringsblokk 14. Et arrangement av denne typen gjor at det metall som skal filtreres kan sirkuleres både oppover og nedover uten at det er noen fare for at man skal medfbre korn av fast flussmiddel. Videre er det-tilveiebragt et ror 15 for gassin-jeksjon.

Det metallag som skal filtreres 16 kan være dek-ket med et lag av flytende flussmiddel 17 slik at det er beskyttet mot påvirkning fra luften. Fig. 6 viser en utfbrelse som lar seg sammenligne med den som er vist på fig. 4, idet det er tre lag 18, 19 og 20 av faste korn som er skilt ved hjelp av skilleveggene 21, 22 og 23. Hvert lag kan ha en forskjellig virkning, ett kan være utformet slik at det eliminerer fosfor (NaF-korn), et annet natrium (kokskorn), mens et tredje kan være et vanlig flussmiddel som er fast ved filtreringstemperaturen. Gass kan injiseres inn i ett eller flere av lagene 18, 19 og 20.

Fig. 7 viser et fullstendig filtreringssystem

som innbefatter en stbpeskje 25 som er plassert i en tempe-raturovn 26 som kan oppvarmes ved hjelp av anordninger slik som brennerne 27. Den uttakbare filtreringspatronen 28

som har samme struktur som vist på fig. 6, er plassert på toppen sammen med det metall som skal renses. Det rensede metallet 29 strbmmer ut av bunnen, samler seg i stbpeskjeen 25 og fores ut gjennom rennen 30 til det apparat hvor

metallet skal brukes (stoperamme e.l.).

Fig. 8 viser en stopeskje 31 av lignende type som vist på fig. 7 bortsett fra at gass blir injisert inn i metallet 32 ved hjelp av en injektor 33, hvis nedre del har en rekke perforeringer, for metallet fores gjennom filtreringspatronen 34. I denne utforming fores metallet oppover gjennom patronen og strommer så ut av stopeskjeen gjennom rennen 35. Gass eller damp kan selvsagt injiseres på kjent måte ved hjelp av en poros propp eller lignende som er plassert i bunnen av stopeskjeen. I hvert tilfelle må injeksjonen utfores slik at boblene frigjores langs kanten av patronen og ikke under denne, ettersom dette lett kan fore til tiltetning av filteret og at inneslutninger lett kan fores sammen med metallet etter behandlingen. Fig. 9 viser en annen utfbrelse hvor avgassings-behandlingen utfores i et tilstotende kammer som er skilt fra innlopskammeret ved hjelp av en skillevegg 37. Metallet forlater avgassingskammeret ved overstromning og ren-ner inn på toppen av filtreringspatronen 34 som er plassert i et tredje kammer, skilt fra det foregående ved hjelp av en skillevegg 38. Det metall som er behandlet blir så samlet ved utlbpet av rennen 40. Den inerte gassen kan injiseres ved hjelp av en porbs plugg 39 som er forbundet med et gassrbr 36. Stopeskjeen kan være utstyrt med et lokk 41 som vil redusere både'varmetapet og luftpåvirkningen. En pipe 42 muliggjor at eventuelle gasser som avgis under behandlingen kan innvinnes slik at man unngår en eventuell forurensning. Det metall som skal behandles kan fores inn gjennom lokket via ror 43. Et flussdekke 44 kan videre være tilveiebragt enten i forste og eventuelt også i annet kammer.

Det arrangement som er vist i fig. 7, 8 og 9 muliggjor også en kontinuerlig behandling, idet man plas-serer to filtreringspatroner i støpeskjeen, én som er i drift og en andre som er i reserve. Den strbm av metall som skal renses kan så avledes til den andre patron etter et gitt tidsrom, dvs. etter at man ved eksperimenter har kunnet fastslå at filtreringskapasiteten er oppbrukt. De nevnte arrangementer er selvsagt ikke-begrensende som sådanne. Spesielt er forholdet mellom diameter og lengde på patronen og tilsvarende for stopeskjeen,ikke nødvendigvis slik det er vist på tegningene. Selve patronen kan oppta storre deler av det kammer den er plassert i eller kan utgjore selve kammeret.

Eksempler på anvendelse av oppfinnelsen

Det ble utfort forskjellige forsok ved hjelp,

av filtreringspatronene hvis diameter varierte fra 100 - 500 mm og hvis lengde varierte fra 300 - 1000 mm.

En filtreringspatron av den type som er vist på fig. 1 inneholdende korn av et fast flussmiddel som til-svarte sammensetning nr. 2 i tabell 1, og med en kornstor-r-else på fra 2 - 8 mm og lukket med en blokk av sintret flussmiddel hvis tykkelse var 40 mm, har en filtreringskapasitet på ca. 10 kg flytende aluminium ved 750°C pr.

2

time pr. cm overflate. En patron med diameter på 210 mm og en hbyde på 700 mm vil således ha en filtreringskapasitet på ca. 3,5 tonn aluminium pr. time. Hvis patronen er utstyrt med et gassinjeksjonsror, så kan man under behandlingen injisere ca. 0,5 m av en blanding inneholdende nitrogen og klor og hvor sistnevnte utgjor ca. 5%, eller man kan injisere 100 g pr. tonn aluminium av en uorganisk eller organisk halogenert forbindelse såsom heksakloretan som er fordampet og fb'rt inn ved hjelp av en nitrogenstrbm.

Brukstiden for en gitt patron er begrenset av

en tiltetning, idet en slik tiltetning i vesentlig grad både reduserer filtreringskapasiteten og selve effektiviteten av behandlingen. En slik tiltetning skjer mer eller mindre raskt, avhengig av det metall som skal behandles.

Som et eksempel kan man angi at ikke-legert aluminium for elektriske ledere av typen A5/L (innhold av Al ^ 99, 5%) eller 1050 A i overensstemmelse med "The Aluminium Association Standard" ble filtrert i en stopeskje utstyrt med en patron hvis diameter var 210 mm og høyde var 700 mm

Metallet hadde en temperatur på 720°C eller noe og filtreringshastigheten ble justert til 2 tonn pr. time med et trykkfall på 15 mm i begynnelsen, 25 mm etter 8 timer (16 tonn metall behandlet) og til slutt 75 mm etter 15 timer (30 tonn metall var da behandlet).

Metall av typen 1235 ("The Aluminium Association Standard") som er nent for fremstilling av tynne plater (0,05 - 0,1 mm) ble filtrert ved hjelp av samme type patron. Det var mulig å behandle 100 tonn metall fbr patronen begynte å vise tegn til et sammenbrudd.

Effektiviteten av behandlingen ble provet ved hjelp av folgende metoder: - telling av inneslutninger ved hjelp av et optisk mikroskop, - dosering av oksygen ved hjelp av noytronakti-vering, noe som gjb"r det mulig å gå så lavt som 0,2 ppm, - måle bruddspenninger på prover som var tatt i samme retning som korte tverrsprekker på val-sede plater fremstilt med behandlet og ubehandlet metall, - måle antall brudd når maskintråd fremstilt med behandlet og ubehandlet metall ble trukket til 0,5 mm, og hvor den midlere lengden mellom to brudd som skyldtes inneslutninqer ble flyttet fra 600 km til over 1800 km.

Foreliggende oppfinnelse har mange fordeler frem-for tidligere behandlingsmetoder hvor enten flytende flussmidler eller enkle korn av fast flussmiddel brukes.

Dette at man lukker den nedre ende av patronen med en porbs blokk gjbr det mulig å holde et sjikt av faste korn på plass og hindre at eventuelle partikler av fast flussmiddel fores vekk sammen med strbmmen av det metall som behandles. Når den ovre ende av patronen også har en porbs blokk, så sikrer dette at strbmmen av flytende metall som skal behandles er meget godt dispergert i hele volumet i patronen hvorved man unngår dannelsen av visse veier som skjer på bekostning av stor dbdsoner (et fenomen som ofte betegnes "foxing"). I tillegg kan patronen til-fores metallet som skal renses enten fra en enkelt kilde eller kontinuerlig.

Porbse blokker som er forenlige med injeksjon

av inerte og/eller aktive gasser gjor det også mulig å skil-le lag av korn av flussmiddel med forskjellige sammensetninger eller strukturer og således kan ha forskjellig funksjon.

Når disse porose blokkene er fremstilt av elementer av frittet flussmiddel så deltar de også i den fysisk-kjemiske rensingen av metallet. På grunn av den spesielt vridde formen på kanalene mellom de sintrede elementen, er disse meget effektive og i sterk grad for-bedrer virkningen av det faste flussmidlet.

Kornene av fast flussmiddel og blokker av sintret flussmiddel kan gis meget spesifikke og forskjellige egenskaper (porositet, form på korn, kjemisk sammensetning, spe-siell reaktivitet med hensyn til en gitt urenhet eller en gitt komponent i det metall eller den legering som behandles). På denne måten kan man ved hjelp av en kombinasjon av korn av faste flussmidler og blokker av sintret flussmiddel gi en rensnings standard som hittil ikke har vært mulig å oppnå.

Disse kompakte og utskiftbare patroner kan brukes i støpeskjeer av enkel struktur og med liten dimensjon, og de lar seg forene med eksisterende apparater for kontinuerlig eller diskontinuerlig stoping.

Oppfinnelsen kan anvendes på de fleste fremgangsmåter for stoping av aluminium, magnesium og legeringer basert på aluminium eller magnesium fra flytende metall, såsom kontinuerlig stoping av metallblanketter på en avkjolt hjulkant av Properzi-typen, semi-kontinuerlig stoping av plater og barrer, kontinuerlig stoping mellom avkjolte sylindre av Hazelett, Hunter eller 3c-typen, eller stoping av stykker i en form, i sand ved hjelp av det såkalte "lavtrykks"-system. I det sistnevnte tilfelle blir det ror som tilforer det flytende metallet til formen fylt med korn av fast flussmiddel' som gjores ubevegelig mellom • to porose plater av sintret fluss, hvorved man oppnår per-fekte og feilfrie artikler uten porositet.

Ved å anvende foreliggende oppfinnelse slik den er beskrevet ovenfor, vil man i vesentlig grad redusere innholdet av inneslutninger hvorved man forer til en sterk reduksjon i mengden av stykker som må forkastes i alle typer produkter som fremstilles fra metaller og legeringer behandlet som beskrevet ovenfor.

Claims (6)

1. Innretning for fysikalsk-kjemisk rensing av en strøm av aluminium, magnesium, sink, bly, tinn eller legeringer på basis av et av disse metaller, med en utskiftbar patron med en oppstrøms anordnet åpning hvorigjennom metallet som skal renses trer inn, og en nedstrøms anordnet åpning hvorigjennom renset metall trer ut, idet patronen i det minste delvis er fylt med korn av et massivt flussmiddel hvis smeltepunkt ligger høyere enn temperaturen til strømmen av flytende metall, idet den ytre del av disse korn består av ett eller flere enkle eller komplekse fluorider av natrium, litium, kalium, kalsium, barium, magnesium, aluminium eller mangan,; . karakterisert ved at den nedstrøms anordnede åpning (2) er lukket med en porøs plate (3) som er fremstilt ved sintring av enkelte elementer, hvis smeltepunkt ligger høyere enn temperaturen til strømmen av flytende metall, hvorved minst den ytre del av disse elementer før sintring består av ett eller flere enkle komplekse fluorider av natrium, litium, kalium, kalsium, barium, magnesium, aluminium eller mangan.

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at patronen (1) i tillegg oppviser en rørformet innretning (7) for innsprøyting av gass til kornene av massivt flussmiddel idet røret i det vesentlige er anordnet langs ak-sen.

3. Innretning ifølge krav 2, karakterisert ved at den rørformede innretning (7) i det minste over en del av den lengde som kommer i berøring med kornene er gjennomtrengbar for gasser eller damper av mineraler eller or-ganiske halogenider.

4. Innretning ifølge et hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at den oppstrøms anordnede åpning i patronen likeledes er lukket av en porøs plate (14) som er fremstilt på samme måte som den nedstrøms anordnede porøse plate (3).

5. Innretning ifølge et hvilket som helst av kravene 1-4, karakterisert ved at patronen oppviser forskjellige sjikt (9,11) av flussmiddelkorn som skiller seg fra hverandre i det minste ved en karakteristisk fysikalsk og/eller kjemisk egenskap, f.eks. ved sammensetning, reaksjons-dyktighet overfor forurensninger i metallet som skal behandles, smeltepunkt, korning osv.

6. Innretning ifølge krav 5, karakterisert ved at de forskjellige sjikt (9,11) av flussmiddelkorn er separert ved porøse plater (10,21,22) som er fremstilt på samme måte som de oppstrøms (14) og nedstrøms (3) anordnede plater.